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污泥过程减量活性污泥法(SPRAS)污水处理技术是通过工艺革新形成的一种原创性的新型工艺过程减量方法,它能在污水处理过程中同步实现除砂石等无机质外的污泥完全减量,具有良好的应用前景。SPRAS技术的提出实现了污水处理过程中的污泥减量,但该新型工艺目前也面临脱氮除磷效果不佳、污泥减量机理不明等问题。本文针对SPRAS技术面临的关键问题,通过白龙港污水处理厂现场试验分析了 SPRAS污水处理系统的长期稳定运行特性,系统研究了该技术的有机物去除、硝化、脱氮和化学除磷性能并进行改进优化,对污泥减量机理进行了初步探索。SPRAS系统对污水中的有机物具有较好的去除效果,出水平均COD和BOD5均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的要求。对SPRAS系统的沿程变化规律发现,其前端的污泥过程模块曝气池对COD和BOD5的去除率分别达到50%和75%以上,A沉池对有机污染物也有一定程度的去除。在相同运行条件下,SPRAS工艺的出水效果要明显优于倒置AAO工艺,且出水水质稳定。由于系统总体泥龄趋于无限长,SPRAS系统具有很强的硝化能力,且受温度影响相对较小。在冬季低温运行阶段(温度≤2℃)中,SPRAS工艺的出水氨氮平均值为7.25±5.25mg/L,一级B达标率为100%,其硝化效果明显优于倒置AAO工艺的16.34±8.78mg/L。试验研究结果表明,进水中的硫化物、垃圾渗滤液等毒性物质对白龙港污水处理厂各生化处理系统的硝化菌活性具有明显的抑制作用。经测定,20℃下SPRAS工艺的硝化菌最大比增长速率为1.18d-1,明显高于白龙港污水厂倒置AAO工艺的0.50d-1和曲阳污水厂AAO工艺的0.78d-1,也高于活性污泥数学模型推荐的0.80d-1。这说明SPRAS工艺污泥过程减量模块曝气池能够有效去除进水毒性物质,提升后端脱氮模块的硝化菌活性。在相同泥龄条件下,SPRAS工艺的氨氮氧化速率(AUR)是倒置AAO工艺的3倍。针对SPRAS系统前端的污泥过程减量模块降解进水COD导致反硝化碳源不足的问题,采用分段进水模式优化SPRAS工艺的脱氮效果。在将50%的进水分流进入脱氮模块后,SPRAS系统的出水总氮由分段进水前的24.25±5.17mg/L下降至分段进水后的14.87±3.41mg/L,GB18918-2002 一级 A 达标率由 16.7%提升至 66.6%。对 SPRAS 工艺含氮污染物的沿程变化规律分析发现,在常温条件下SPRAS工艺前端污泥过程减量模块具有明显的同步硝化反硝化现象,同步硝化反硝化在进水碳氮比为10,污泥过程减量模块溶解氧控制0.4mg/L时达到最佳效果。SPRAS工艺通过后端设置化学除磷模块可以确保出水总磷达标。通过烧杯试验对比了聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁的化学除磷效果,选用PAC进行化学除磷,其最佳投加量为60mg/L。分析了磷浓度对最佳投药量的影响,最佳Al投加量与去除TP量的比值随着起始磷浓度的增大而减小。通过现场化学除磷试验,出水TP低于1.0mg/L,PO4-P接近于Omg/L,出水指标达到GB18918-2002一级B排放标准。随着运行时间的延长,SPRAS系统活性污泥的挥发性悬浮固体浓度与悬浮固体浓度之比不断下降,由启动时的0.75下降至运行307d时的0.33,污泥沉降指数(SVI)也由启动时的244.4mL/g下降至228d时的82.3mL/g。对白龙港小试SPRAS工艺运行307d的污泥泥龄和减量效果进行了核算,结果该工艺污泥泥龄长达276d,污泥消减率高达90.9%。表明SPRAS工艺具有非常明显的减量效果。在运行过程中,SPRAS系统I污泥减量模块沉淀池底部的pH和ORP均随着运行时间的延长不断下降。pH值由启动时的7.89下降至90d时的5.88,此后在4.98～5.97之间波动;ORP则由启动时的54mV下降至228d时的-198mV,在运行至150d后ORP均低于-100mV,呈现显著的厌氧状态。在SPRAS系统污泥减量机理和效果分析中,采用污泥消减率,污泥减量速率,污泥比减量速率三项指标对比了 SPRAS系统和传统消化的污泥减量效果,并通过ORP、糖类、蛋白质、UV254等参数分析污泥减量机理,最终采用污泥过程减量模块的质量平衡模型计算各减量效果。相比于传统污泥消化,SPRAS系统具有减量效率高、速率快的优点,48h系统的污泥消减率为34.3%,污泥减量速率和比减量速率分别为4890 mg/(L·d)和17.2mg/(mg·d)。对比研究发现,进水参与可以加快SPRAS系统中污泥的削减。研究表明,高污泥浓度、低ORP有利于SPRAS系统的污泥减量,而且SPRAS系统中具有溶胞效果的减量污泥是污泥减量的主要影响因素之一。对污泥过程减量的动力学分析发现,污泥减量过程符合一级动力学方程SS = 15.896 e-0 1675t(R2=0.9886)20℃下污泥过程减量速率常数为0.1675 d-1,明显高于《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)推荐的污泥衰减速率常数0.04～0.075d-1。